EUV Pellicles已准备好用于晶圆厂,有望提高芯片产量和尺寸

作者:admin  来源:本站  发布时间:2021-04-14  访问量:1275

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代工厂商在2019年开始有限度地使用极紫外(EUV)光刻技术进行芯片的大批量制造(HVM)。

当时,ASML的Twinscan NXE扫描仪足以满足生产要求,但整个EUV生态系统还不足够。

影响EUV的因素之一是缺少用于光掩模的防护膜,这限制了EUV工具的使用并影响了产量。幸运的是,由于最近推出了可用于生产的EUV防护膜,因此防护膜的状况终于得到了改善,而且情况有望在未来几年得到改善。保护标线近年来,ASML凭借其Twinscan NXE EUV光刻工具取得了长足进步,从而改善了光源的性能,可用性时间和生产率。

其业界同行也做了很多工作,以使使用EUV设备的大批量制造(HVM)成为可能。尽管如此,EUV生态系统仍需要进一步发展。半导体供应链面临的EUV面临的最臭名昭著的挑战之一是薄膜防护膜的开发,而这种防护膜两年前还没有面世,这就是为什么TSMC和Samsung Foundry必须发明方法来使用无保护膜的EUV扫描仪。

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供参考:带掩模版的16nm TSMC膜盒薄膜通过将其与可能落在其表面上的颗粒隔离开,从而在芯片生产流程中保护6×6英寸光掩模(掩模版),否则会损坏它们或在生产中给晶圆造成缺陷。每个EUV工具的标线片售价为300,000美元,因此芯片制造商迫切希望保护它们免受微粒甚至EUV辐射本身的损害,因为这样可以降低成本。同时,降低与收益率相关的风险也许更为重要。

反过来,对薄膜的需求则根据制造商和所用光掩模的类型而有所不同。英特尔以其大型CPU裸片而闻名,它倾向于使用单裸片光罩,这意味着粒子引入的仅一个掩膜缺陷会自动杀死整个裸片。

同时,如果使用25晶粒的光掩模,粒子加法器将“仅”导致产率降低4%(一个死晶粒),这就是为什么对于较小的芯片和多晶粒的光掩模,无需使用防护膜即可摆脱困境的原因。

ASML领先。目前在得知没有人能够保证超复杂的EUV扫描仪100%不含有害颗粒后,该行业开始为EUV工具开发保护膜,这是相对较晚的时间,这就是为什么它们在2019年尚未准备就绪的原因。与深紫外线(DUV)光刻设备一起使用的光掩模膜盒是常见且便宜的。相比之下,由于EUV的光掩模与DUV的光掩模不同(EUV掩模本质上是250到350 nm厚的堆叠,在基板上具有40到50个交替的硅和钼交替层),因此这种标线的防护膜也大不相同。

特别是,极紫外光的波长非常短,这意味着其防护膜有许多要求,使其不易生产且价格昂贵。EUV防护膜必须非常薄,不应影响掩模版的反射特性,应具有较高的透射率(透射率越高,扫描仪的生产率越高),应维持较高的EUV功率水平并承受极端温度(从600ºC至1,000ºC的未来)。

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ASML的EUV Pellicle(图片来源:半导体工程)技术人员主要成员Emily Gallagher说:“大多数材料在能量更高的13.5nm EUV波长上都具有非常强的吸收能力,即使选择了大多数EUV透明材料,其膜也必须非常薄才能达到90%的透射率。”在Imec。“这种薄膜通常不能保持足够的强度,无法在所需的尺寸下独立放置。此外,EUV扫描仪的环境与许多材料不兼容,会使防护膜经受抽气-排气循环的作用。”根据SemiEngineering的说法,迄今为止,已经出现了许多EUV防护膜选项:

ASML于2019年推出了首款EUV防护薄膜,并将该技术授权给三井化学,该公司计划在2021年第二季度开始批量销售。此后,ASML改进了防护薄膜。

Imec已公开了其基于碳纳米管的防护膜的测试结果。

石墨烯广场,科德宝密封技术(FST)和一些大学正在开发自己的防护膜。

到目前为止,只有ASML设法为实际可用的EUV工具创建了商业上可行的防护膜。ASML的防护膜基于厚度为50 nm的多晶硅。早在2016年,他们就展示了在模拟175W光源上的78%的传输率。目前,ASML可以出售透射率达88%的防护膜。不久,三井将开始大量供应此类防护膜。ASML由金属硅化物制成的最新原型展示了90.6%的透射率,0.2%的不均匀性以及在400W光源下反射率小于0.005%的情况。

ASML防护薄膜产品经理Raymond Maas在接受Bits&Chips.nl采访时说:“此次升级支持我们的路线图,最终将使电源功率高达400瓦。” “在该功率水平下,薄膜被加热到600ºC,而多晶硅则无法承受。”相比之下,Imec的原型防护膜的透射率为97.7%。

实际上,从长远来看,当可以使用更高级的光源时,将需要更复杂的防护膜,这就是Imec基于碳纳米管的防护膜将发挥作用的地方。“很少有材料具有超过90%的高EUV透射率的潜力,甚至更少的材料可以同时兼容超过600W的EUV功率。

此外,防护膜必须坚固,才能悬挂在大面积的面具上(〜 110mm x 140mm),”来自Imec的研究人员Joost Bekaert说。不幸的是,目前尚不清楚Imec的基于碳纳米管的防护膜何时准备就绪。概括台积电(TSMC)和三星铸造(Samsung Foundry)发明了使用EUV光刻工具而没有用于较小芯片的多管芯光掩模上没有防护膜的方法,但是这种方法存在风险,因为任何颗粒添加剂都可能成为导致良率下降的缺陷。

此外,这样的方法对于较大的芯片和单管芯光掩模来说是有风险的,因此,防护膜对于使用EUV工具制造大型管芯至关重要。

也就是说,无论光掩模的尺寸大小如何,都需要使用防护膜来提高EUV产量并降低整个领域的风险。

总体而言,EUV防护膜的使用和改进将是一个循序渐进的过程。由ASML开发和制造的初始防护膜,不久将由三井制造,足以满足当今的某些需求,但其透射水平仍有改进的空间,这由ASML和Imec的下一代原型证明。由于这些机器将拥有更强大的信号源,因此也需要更好的防护膜来应对未来的扫描仪。

但是,由于这样的防护膜具有许多无可争议的优点,它们将被芯片制造商使用,因为即使以一些生产率为代价,它们也可以帮助提高产量。